Top 10 der Nicht-Silizium-Computerunternehmen

Von Silizium zu neuen Computerformen

Die Computerindustrie entstand, als mechanische Geräte begannen, Berechnungen durchzuführen, die bis dahin dem menschlichen Gehirn vorbehalten waren. Doch erst mit Vakuumröhren und später Transistoren begann man, echte Computer zu bauen.

Die nächste Revolution waren die Silizium-Computerchips mit immer größerer Transistordichte und damit immer größerer Rechenleistung.

Quelle: Mobile First

Derzeit experimentiert die Halbleiterindustrie mit immer leistungsfähigeren Systemen, um Chips im 5-nm- und sogar 2-nm-Bereich herzustellen. Damit nähern wir uns einem Problem, denn irgendwann wird es nicht mehr möglich sein, immer kleinere Siliziumtransistoren zu verwenden.

Ein einzelnes Siliziumatom stellt die theoretische Grenze dar, doch aufgrund praktischer technischer Probleme dürfte es schon vor Erreichen dieser Schwelle passieren.

Wird die Entwicklung der Rechenleistung also von nun an aufhören? Wahrscheinlich nicht.

Die Lösung besteht jedoch darin, Berechnungen nach völlig neuen Prinzipien durchzuführen. Es gibt tatsächlich viele potenzielle Möglichkeiten, Berechnungen durchzuführen, ohne auf Siliziumtransistoren angewiesen zu sein. Wir können uns die vielversprechendsten Ideen ansehen, ohne auf die technischen Details einzugehen.

Nicht-Silizium-Halbleiter

Ein Halbleiter ist ein Material mit der Fähigkeit, zwischen Leitfähigkeit (überträgt elektrischen Strom, erzeugt im Binärsystem den Wert „1“) und Isolation (blockiert elektrischen Strom, erzeugt im Binärsystem den Wert „0“) zu wechseln.

Silizium war bisher das Material der Wahl für die Herstellung von Halbleiterchips, aber es werden derzeit viele Alternativen erforscht. Jedes Material, das die Eigenschaft Bandlücke aufweist, kann ein guter Kandidat sein.

Quelle: Energieerziehung

Vanadiumdioxid

Vanadiumdioxid galt lange Zeit als gute Alternative zum Silizium. Dies liegt daran, dass es ein Phänomen durchläuft, das als „Metall-Isolator-Übergang“ bekannt ist und nur eine Billionstel einer Sekunde.

Die Geschwindigkeit des Metall-Isolator-Übergangs sollte im Vergleich zur klassischen siliziumbasierten Elektronik schnellere und kleinere Elektronik ermöglichen.

Neueren Forschungen ist es gelungen, Vanadiumdioxid auf einem Substrat aus Titandioxid zu untersuchen..

Sie entdeckten außerdem, dass Titandioxid auch ein Halbleiter sein kann. Diese Entdeckung könnte die Entwicklung neuromorpher Chips ermöglichen, die auf Hardwareebene lernen können und sich dabei von den Gehirnen lebender Systeme mit Neuronen inspirieren lassen.

Dank seines sehr schnellen Isolator-zu-Metall-Übergangs könnte Vanadiumdioxid mit einem aktiven Substrat aus Titandioxid zur Herstellung verwendet werden Mott-Neuronen-ähnliche Spitzenoszillatoren in der Lage, biologische Neuronen auf Hardware-Ebene zu replizieren.

Graphene

Ein weiterer guter Kandidat ist Graphen, ein 2D-Material mit extrem hoher elektrischer Leitfähigkeit. Es ist sogar ein potenzieller Supraleiter und ein „Wundermaterial“, dessen Eigenschaften noch immer in Echtzeit entdeckt werden.

Mehr über die ersten erfolgreichen Versuche, Graphen zu einem Halbleitermaterial zu machen, können Sie in unserem Artikel „Graphen-Halbleiter – sind sie endlich da?"

Organisches Material

Einer neuen Entdeckung zufolge könnte organisches Material dazu gezwungen werden, eine 2D-Struktur ähnlich Graphen zu bilden. Dadurch könnten sie genauso ultraleitfähig wie Graphen werden und gleichzeitig von Natur aus Halbleitereigenschaften aufweisen, im Gegensatz zu Graphen, das dazu „gezwungen“ werden muss.

Weitere Informationen zu dieser Option finden Sie unter „Können organische Halbleiter die Vorteile von Graphen und Silizium kombinieren?"

Optimierung des Stromverbrauchs von Halbleitern

Ein Problem bei der Verwendung immer schnellerer und kleinerer Transistoren ist der steigende Stromverbrauch.

Eine Alternative könnte die Verwendung einer Technik namens „Redox-Gating“ sein. Diese basiert stärker auf einer chemischen Reaktion (Redox) und könnte den Strombedarf drastisch senken.

Wenn die Preise für Computer steigen, weil die Stromkosten höher sind als die der Chips selbst, ist dies eine Lösung, die wir möglicherweise auch umgesetzt sehen. Wir haben die neuesten Nachrichten zu diesem Thema in „Redox-Gating könnte zu neuen Effizienzniveaus in winziger Elektronik führen".

Photonics

Alternative Halbleitermaterialien versuchen, Silizium zu ersetzen. Doch was wäre, wenn Computer ganz ohne Elektronen, Transistoren und Halbleiter auskommen würden?

Dies ist die Idee der Photonik, die darauf abzielt, Berechnungen direkt mit Licht durchzuführen.

Licht ist das schnellste Objekt im Universum und könnte daher um Größenordnungen schneller sein als Silizium und halbleiterbasierte Computer.

In der Praxis, Photonik könnte immer noch Silizium beinhalten könnte aber auch verlassen Sie sich auf Kristalle.

Aufgrund der wellenförmigen Natur des Lichts basiert das Photonik-Design auf Kurven und einzigartigen (und technologisch noch nicht ausgereiften) Designprinzipien, die sich von den für Halbleiter verwendeten unterscheiden.

Quelle: Zusammenfassung

Quanten-Computing

Die Berechnung könnte auch durchgeführt werden, indem nicht der elektrische Strom, sondern der Quantenzustand von Teilchen gemessen wird.

Anstatt 0 und 1 (kein Strom oder Strom) zu erzeugen, verwendet es „Quantenbits“, sogenannte Qubits, bei denen die Partikeldaten entweder 0 UND 1 gleichzeitig oder 1 oder 0 sind.

Aufgrund des grundlegenden Unterschieds in der Berechnung ist das Quantencomputing keine Alternative zum „normalen“ Computing, sondern eher eine Ergänzung.

Herkömmliche Computer arbeiten linear und haben Probleme mit sehr komplexen Berechnungen, wie Klimamodellierung, Kryptographie oder der 3D-Konfiguration komplexer Moleküle wie Proteine. Und genau bei diesen Berechnungen soll das Quantencomputing herausragend sein.

Auch wenn Quantencomputer Silizium vielleicht nicht ersetzen können, könnten sie doch bessere Aufgaben erfüllen, die für Siliziumchips bisher fast unmöglich waren.

Weitere Neuigkeiten zum Quantencomputing finden Sie in unserem Artikel „Der aktuelle Stand des Quantencomputings".

Biologische Organoide

Unser Gehirn ist im Wesentlichen ein Supercomputer, zumindest wenn es um Prozesse wie Mustererkennung, Sprache usw. geht. Und es ist sehr effizient und verbraucht kaum ein paar Dutzend Watt.

Das Schweizer Startup FinalSpark hat nun eine 0.5 mm große Kugel (Organoide) aus 10,000 menschlichen Neuronen entwickelt. Und verwendet es, um Berechnungen durchzuführen. Der Dienst wird sogar über die Cloud zugänglich sein.

Dies ist ein sehr neues Gebiet und es ist noch unklar, wie weit es gehen wird. Aber wer weiß, vielleicht werden unsere selbstfahrenden Geräte eines Tages mit Neuronen statt mit Chips laufen.

Top 10 Nicht-Silizium-Aktien

1. International Business Machines Corporation

Die International Business Machines Corporation (IBM) war die treibende Kraft hinter der Kommerzialisierung des ersten Großrechners. Allerdings ist das Unternehmen im Produktionsvolumen hinter anderen Technologiegiganten wie Apple, TSMC und NVIDIA zurückgefallen.

Es steht jedoch an der Spitze der Entwicklung von Quantencomputern. Beispielsweise entwickelte das Unternehmen seinen 127-Qubit-Quantencomputer „Eagle“, dem ein 433-Qubit-System namens „Osprey“ folgte.

Und das ist jetzt gefolgt von „Condor“, einem 1,121 supraleitenden Qubit-Quantenprozessor basierend auf der Kreuzresonanz-Gate-Technologie, zusammen mit „Heron“, einem Quantenprozessor am äußersten Rand des Feldes.

IBM ist an den meisten anderen bahnbrechenden Innovationen in der Computer- und Halbleiterindustrie beteiligt. Dazu gehören leitende organische Materialien, neuromorphes Rechnen, Photonik, usw.

IBM ist gewissermaßen zu einer „Patentgesellschaft“ geworden, die über die Kompetenz verfügt, neue Computermethoden zu entwickeln und diese an die Industrie zu lizenzieren.

Bisher scheint das Unternehmen fest entschlossen zu sein, möglichst viele Schlüsselpatente für alle nicht auf Silizium basierenden Computermethoden zu besitzen und damit seinen früheren Erfolg zu wiederholen, als es massiv zur Entwicklung der Halbleiterindustrie zu dem Giganten beitrug, der sie heute ist.

2. Microsoft Corporation

Microsoft ist bereits führend bei „normalen“ Cloud-Diensten und ein Pionier bei der Bereitstellung von Cloud-Diensten für Quantencomputing Azure Quantum.

Es ist durchaus möglich, dass Quantencomputer in Zukunft größtenteils „remote“ betrieben werden und dabei auf Cloud-Dienste wie den von Microsoft zurückgegriffen wird, anstatt direkt auf einen Quantencomputer zuzugreifen.

Dies ist insbesondere deshalb wahrscheinlich, weil die meisten Anwendungen des Quantencomputings von Biochemikern, Materialwissenschaftlern, Klimaforschern und anderen Spezialisten erforscht werden, die keine spezifischen Kenntnisse im Bereich des Quantencomputings haben.

Es ist daher sinnvoller, sich bei der Bewältigung des Computeraspekts auf engagierte Fachkräfte bei Unternehmen wie IBM, Microsoft oder Google zu verlassen, als Leute einzustellen oder auszubilden, die für dieses Gebiet keine entsprechende Ausbildung haben.

Microsoft Serviceangebote „Hybrid Computing“, bei dem Quantencomputing mit traditionellen cloudbasierten Supercomputerdiensten kombiniert wird.

Quelle: Microsoft

Anstelle einer vertikalen Integration besteht der Ansatz von Microsoft beim Quantencomputing darin, Partnerschaften mit führenden Unternehmen auf diesem Gebiet einzugehen, die praktisch alle Technologien abdecken, die zur Erreichung des Quantencomputings möglich sind, z IonQ (IONQ), Paskal, Quantum, SMU (QUBT) und Rigetti (RGTI).

Quelle: Microsoft

Microsoft auch Ende 2023 eine Zusammenarbeit mit Photonisch, ein Unternehmen, das an der Zusammenführung von Quantencomputing und Photonik arbeitet.

Microsoft hat auch arbeitet an analogen Photonik-Chips für die Finanzindustrie.

Quantencomputing ist zumindest im Moment nicht von zentraler Bedeutung für das Geschäft von Microsoft. Dennoch ist es ein zentraler Akteur des Sektors und könnte eine „sicherere“ Aktienauswahl darstellen als der direkte Erwerb börsennotierter Aktien seiner Quantencomputerpartner wie QCI oder Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google ist im Quantencomputing sehr aktiv, vor allem über sein Google Quantum AI-Labor und den Quantum AI-Campus in Santa Barbara.

Der Quantencomputer von Google schrieb 2019 Geschichte, als Google behauptete, mit seiner Sycamore-Maschine die „Quantenüberlegenheit“ erlangt zu haben, indem er in 200 Sekunden eine Berechnung durchführte, für die ein herkömmlicher Supercomputer 10,000 Jahre gebraucht hätte.

Aber der größte Beitrag von Google wird wahrscheinlich im Bereich Software liegen, wo das Unternehmen eine viel bessere Erfolgsbilanz vorzuweisen hat als im Bereich Hardware (Suche, GSuit, Android usw.). Googles Quantum AI stellt bereits eine Software-Suite zur Verfügung, die Wissenschaftler bei der Entwicklung von Quantenalgorithmen unterstützen soll.

Google ist auch ein aktiver Unterstützer von Photonik-Unternehmen wie Lightmatter.

Google wird wahrscheinlich eines der Unternehmen sein, das die Standards für Quantencomputersoftware und -programmierung setzt und damit eine privilegierte Position bei der zukünftigen Entwicklung dieses Bereichs einnimmt. Sein leistungsstarkes Netzwerk und seine VC-Aktivitäten werden ihm wahrscheinlich auch einen Platz in jeder anderen nicht auf Silizium basierenden Form des Computing verschaffen.

4. Intel

Intel ist ein bedeutender Chiphersteller und scheint darauf abzuzielen, diese Stärke im Quantencomputing-Bereich zu nutzen.

Es wurde kürzlich veröffentlicht „Tunnel Falls“, der „fortschrittlichste Silizium-Spin-Qubit-Chip“. Das Bemerkenswerte daran ist, dass es sich nicht um einen Prototyp handelt, sondern um einen Chip, der in großem Maßstab hergestellt wurde, mit einer Ausbeute von 95 % über den gesamten Wafer und einer gleichmäßigen Spannung. Dies eröffnet die Möglichkeit zur Massenproduktion von Quantencomputerchips, die in einer aufstrebenden und sich schnell verändernden Branche derzeit noch schwer zu erreichen ist.

Quelle: Intel

Getreu seinen Wurzeln entwickelt Intel mit der Veröffentlichung des auch die Software zur Nutzung seiner Chips Intel Quantum SDK. Dies stellt die Richtlinie für Programmierer dar, Software für Quantencomputer zu entwickeln, die mit dem Quantenchip-Design von Intel kompatibel ist, das in der Vergangenheit ein sehr starker und profitabler Geschäftsvorteil für Intels konventionelles Chipgeschäft war.

Quelle: Intel

Die Einführung der skalierbaren Quantenchip-Herstellung könnte für die Branche ebenso revolutionär sein wie jeder andere eher technisch-wissenschaftliche Durchbruch, die Kosten senken und gemeinsame Programmierstandards und Chiparchitekturen festlegen.

Ende 2023 hat Intel beschlossen den Verkauf des Photonik-Geschäfts zu Jabil (JBL).

Insgesamt macht Intel Fortschritte im Bereich des Quantencomputings und scheint eine klare Strategie zu verfolgen, sich stärker auf dieses Thema als auf Photonik und andere Alternativen zu konzentrieren.

5. Nvidia

Der führende Hersteller von Grafikkarten und seit neuestem auch von Kryptowährungs-Mining-Rigs und KI-Chips hat sich mittlerweile wirklich vom PC-Teilehersteller zu einem der globalen Technologiegiganten entwickelt.

Nvidia ist auch im Bereich des Quantencomputers aktiv, mit seinem NVIDIA DGX Quantum Kombination von normalen Chips und Quantencomputern unter Verwendung der neuen Open-Source-Quantensoftwareplattform CUDA.

Quelle: Nvidia

Um seine Führungsposition im Bereich der künstlichen Intelligenz zu festigen, hat Nvidia außerdem QuantumX-800 für KI-optimierte Vernetzung im Rechenzentrum.

Wenn es um Photonik geht, Nvidia hat eine Partnerschaft mit TSMC und Broadcom geschlossen. Ziel ist die Entwicklung eines einzelnen Moduls durch Co-Packaged Optics (CPO), das klassische Siliziumchips und Photonik integriert.

Insgesamt ist der Erfolg von Nvidia eng mit dem aktuellen KI-Boom verknüpft. Quantencomputer und Photonik stehen an zweiter Stelle. Allerdings wird das Unternehmen auch vom Wachstum dieser Sektoren profitieren und scheint im Rennen zu bleiben.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum ist das Ergebnis der Fusion von Honeywell Quantum Solutions und Cambridge Quantum (und, wie bereits erwähnt, ein Partner von Microsoft Quantum Cloud Computing).

Quantinuum scheint sich mit seiner im September 2023 eingeführten Quantum Monte Carlo Integration (QMCI)-Engine vorerst auf Segmente zu konzentrieren, die von anderen Quantencomputersystemen weniger erforscht werden, insbesondere auf Finanz- und Lieferkettenanalysen.

QMCI gilt für Probleme, für die es keine analytische Lösung gibt, etwa die Preisgestaltung von Finanzderivaten oder die Simulation der Ergebnisse hochenergetischer Teilchenphysikexperimente, und verspricht rechnerische Fortschritte in den Bereichen Wirtschaft, Energie, Lieferkettenlogistik und anderen Sektoren.

Auch bei Honeywell steht das Quantencomputing nicht im Mittelpunkt; das Geschäft konzentriert sich eher auf Produkte aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automatisierung sowie spezielle Chemikalien und Materialien.

Wenn man jedoch bedenkt, dass jedes einzelne dieser Geschäftssegmente vom Quantencomputing profitieren könnte, ist es nicht schwer, den geschäftlichen Nutzen für Honeywell zu erkennen, sich zu engagieren.

Damit ist Honeywell sowohl ein Anbieter von Quantencomputerdiensten als auch eines der Unternehmen, die von der Anwendung von Quantencomputern auf reale Geschäftsfälle profitieren könnten, was durch die Integration von Quantinuum in die Gruppe schneller vorangetrieben werden dürfte als durch die industrielle Integration Konkurrenten.

7. Synopsys

Jedes photonische System muss zumindest anfangs so nahtlos wie möglich in Siliziumsysteme integriert werden. Synopsys kann dabei helfen.

Das Unternehmen ist Spezialist für Siliziumdesign und -verifizierung. Das heißt, seine Software wird für den Entwurf neuer Chips verwendet, darunter ultramoderne 5nm-Chips und darunter.

Das Unternehmen bietet auch Software für Photonik an, die als „Der branchenweit einzige nahtlose Design-Flow für photonische Geräte, Systeme und integrierte Schaltkreise„. Dies ermöglicht die Handhabung der Design und Simulation neuer photonischer Geräte.

Quelle: Zusammenfassung

Das Unternehmen hat außerdem ein Joint Venture mit Juniper Network gegründet, um Offenes Licht, ein Photonikunternehmen, das Indiumphosphid verwendet.

8. Juniper-Netzwerk

Juniper behauptet, die führende cloudnative WLAN-Lösung und das einzige KI-gesteuerte WLAN-Netzwerk anzubieten. Damit steht es in direkter Konkurrenz zu älteren und etablierteren Giganten wie Cisco. Die Technologie von Juniper, Juniper Mist, soll skalierbarer sein. flexibler und besser in der Anomalieerkennung als die entsprechenden Angebote von Cisco.

Die Lösungen des Unternehmens basieren stark auf KI, wobei die KI-Engine „Marvis“ auf allen Netzwerkebenen vom Benutzer bis zum Rechenzentrum eingesetzt wird.

Quelle: Wacholder

Im Hinblick auf die Sicherheit zeigt Juniper auch hervorragende Ergebnisse bei Firewalls, Bedrohungsabwehr und Abwehr von Exploits und übertrifft damit die meisten Anbieter wie Fortinet, Palo Alto, Zscaler usw.

Juniper bietet auch Photonische integrierte Schaltkreise (PICs), die derzeit vor allem für die Datenübertragung und Sensoren eingesetzt werden. Man geht davon aus, dass sie ein wesentlicher Bestandteil zukünftiger photonischer Computer sein werden.

Quelle: Zusammenfassung

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti ist ein Quantencomputerunternehmen.Wir besitzen kritisches geistiges Eigentum für unseren bahnbrechenden Multi-Chip-Prozessor und den hybriden quantenklassischen Ansatz, der zur vorherrschenden Quantencomputerarchitektur geworden ist... "

Das Unternehmen integriert alle für das Quantencomputing erforderlichen Schritte, vom Chipdesign und der Herstellung bis hin zur Bereitstellung der Rechenleistung in die Cloud.

Quelle: Rigetti

Das Unternehmen konzentriert sich nicht so sehr darauf, möglichst viele Qubits hinzuzufügen (wie es Giganten wie Intel tun), sondern darauf, sein bestehendes Produkt zu perfektionieren und ein sehr hohes Maß an Wiedergabetreue und Geschwindigkeit zu erreichen, um es zu einem zuverlässigeren kommerziellen Produkt zu machen.

Die neueste Version, das 84-Qubit-System Ankaa-3, soll in der zweiten Hälfte des Jahres 2024 vorgestellt werden. Basierend auf dem Ankaa-Konzept strebt das Unternehmen langfristig ein System mit 336+ Qubits an.

Quelle: Rigetti

Im Dezember 2023 startete Rigetti mit dem Verkauf der 9-Qubit-System Novera, ein „Mini-Quantencomputer“, der „nur“ 900,000 Dollar kostet und innerhalb von 4-6 Wochen geliefert wird.

Zu den ersten Kunden zählten das SQMS Center von Fermilab, das Air Force Research Lab und Horizon Quantum Computing.

Das Unternehmen kündigte im Frühjahr 2024 an, Treten Sie dem Russel 3000 Index bei.

10. IPG Photonik

IPG ist ein Laserhersteller, der praktisch alle Arten von Lasern produziert, darunter Faser-, Dioden-, UV- und Tief-UV-Laser. Mit 6,200 Mitarbeitern liefert das Unternehmen jährlich über 42,000 Lasergeräte aus.

Seine Spezialität sind Faserlaser mit einem hohen Maß an Präzision und der Fähigkeit, Laserpulse von einer Femtosekunde (einer Billiardstel Sekunde) zu erzeugen.

IPG-Laser werden derzeit verwendet für:

• Fortgeschrittene wissenschaftliche Anwendungen (Spektroskopie, Mikroskopie, Interferometrie, optische Fallen usw.)
• Herstellung von Batterien und Elektromotoren für Elektrofahrzeuge.
• Materialbearbeitung, insbesondere Metallschneiden, Schnitzen, Reinigen und Laser-3D-Druck.
• Lasermikrobearbeitung, bei der mit Lasern ultrakleine Strukturen erzeugt werden.

Um vollständig auf Photonik basierende Computer zu entwickeln, sind zwar Fortschritte bei Photonik-Chips erforderlich, doch wir wissen bereits, dass dabei ein Großteil einer spezifischen und bereits weit verbreiteten Komponente integriert werden muss: Laser.

Das Licht für photonisches Computing muss auf sehr stabilem, vom Laser emittiertem Licht basieren. Führende Unternehmen der Laserindustrie wie IPG würden daher von einem Boom bei der Lasernachfrage aus der Halbleiterindustrie profitieren, die zunehmend auf Photonik umsteigt.

Und in diesem aufstrebenden Segment können ultrakurze Laserimpulse in ultraschnelle Rechenleistung umgewandelt werden.